面向IFM 的载频隐蔽性雷达信号研究∗

陈冠一 刘利民 韩壮志

（陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系 石家庄 050003）

1 引言

随着现代战争的不断升级，电子对抗发挥着越来越重要的作用。电子侦察与反侦察已经成为现代战争胜利的首要因素。电子侦察的主要任务是获取敌方雷达信号的载波频率、到达方向、脉冲宽度、到达时间以及脉冲幅度［1］。其中载频具有相对稳定性，是实施干扰与反干扰的重要依据。因此保护雷达信号载频不被敌人发现具有重要战略意义。

载频隐蔽性，指在保证雷达正常战术指标的前提下，使敌方电子侦察设备的测频结果与我方雷达信号的真实信号载频出现较大偏差，以此来保证我方真实雷达信号载频不被侦察截获的特性。目前IFM 接收机以其测频时间短、实时性好、测频范围大，瞬时带宽宽等优点被广泛应用于电子侦察设备。针对IFM 接收机设计一种性能优良的载频隐蔽性强的信号是雷达在战场上生存的关键。目前载频隐蔽性雷达信号设计主要有射频掩护信号［2］、诱导脉冲组合信号和同时到达信号等。本文结合IFM 接收机的工作原理对雷达载频隐蔽性信号进行了介绍。

2 IFM接收机工作原理

现代瞬时测频接收机的组成如图1 所示。瞬时测频接收机将接收到的信号加到低噪声射频限幅放大器，经过放大之后的信号通过功率分配器送往延迟鉴相器实现频率——相位的转换，鉴相器输出的结果将被送往极性量化器和编码器完成测频。通常鉴相器采用3 路或者4 路支路，若鉴相器支路过多，则系统体积比较大。IFM 接收机的特点是测频时间短，只需要100ns～200ns。瞬时测频接收机测频范围大，频率截获概率高，在频段内单个脉冲的截获概率高达100%，动态范围中等，为50dB～60dB，灵敏度中等，为-50dBmW～-40dBmW。其缺点是对同时到达信号的分离能力差，易造成测频误差［3］。

3 载频隐蔽性信号分类

目前国内外针对IFM 接收机的载频隐蔽性信号主要有是组合信号设计。组合信号，顾名思义，是指两个或两个以上的雷达信号按照一定条件组合而成的信号。本文主要对射频掩护信号，诱导脉冲组合，同时到达信号进行介绍。

3.1 射频掩护信号

射频掩护信号，由虚假掩护脉冲信号和真实雷达信号组合而成，是一种为了保护雷达真实信号频率而设计的欺骗性信号。最早的射频掩护信号比较简单，在真实雷达信号发射之前，先发射一个虚假掩护脉冲信号，该虚假掩护信号与真实的雷达信号在时间和频率上均错开［4］。经典的射频掩护信号时序如图2 所示。这种经典射频掩护信号最初是用来抗窄带瞄频干扰，当敌方侦察测频接收机先测得虚假掩护信号载频时，以为是我方真正的雷达信号的载频，便对虚假掩护信号进行干扰。由于虚假掩护信号与真实雷达信号载频不同，在虚假掩护信号被干扰时真实信号的功能不会受到影响，真实信号的载频隐蔽性得以实现。后来随着宽带噪声干扰技术的发展，这类射频掩护信号在相当长的一段时间内逐渐被人们遗忘。直到相参干扰的出现，宽带噪声干扰有被替代的趋势，射频掩护信号又重新回到人们的视野。

周伟江等将射频掩护信号进一步研究，将射频掩护信号的位置做了改进。真实雷达信号可以在虚假脉冲掩护信号前面、后面，甚至是在虚假掩护信号内部。虚假掩护信号与真实信号的脉宽、相对位置、载频以及调制方式均可按照需求随意设置，射频掩护信号的示意图如图3 所示。周伟江等认为，当真实信号隐藏在虚假掩护信号之间时，IFM接收机接收到整个掩护信号后会对脉冲前沿进行采样，测频结果便是虚假的掩护信号的频率，以此达到真实信号载频隐蔽性的目的。该文献虽然对载频隐蔽性信号的设计提供了方向，但是其没有对具体射频掩护信号的其他参数，如虚假掩护信号与真实雷达信号的功率关系、载频设置关系、以及时序关系等进行深入研究。

图2 经典的射频掩护时序

图3 射频掩护信号示意波形

李宏［5］等通过改进射频掩护信号的时序，提出了一种新的射频掩护信号模型，如图4 所示。该信号在一个周期内有三个频率、脉宽各不相同的脉冲信号，且每个脉冲信号的载频及发射时间均可根据需要调整。在三个脉冲中，可指定任一脉冲为真实雷达信号，其他脉冲作为虚假掩护信号。这种方法虽然在抗相参压制干扰和欺骗干扰上有一定效果，但是当指定的真实雷达脉冲信号与虚假掩护脉冲信号之间的间隔大于IFM 接收机的视频采样带宽时，IFM 接收机能够测出每个单脉冲的载频信息，若射频掩护信号的载频调整不及时，将有很大概率被敌方干扰，信号载频隐蔽效果将比较差。

图4 改进时序的射频掩护信号

3.2 诱导脉冲组合信号

诱导脉冲组合信号是雷达发射的具有欺骗性的雷达信号，常用于对抗反舰导弹，也有学者认为其是一种低截获雷达信号，在电子对抗领域有重要作用。某型典型相参捷变频末制导雷达发射信号就是采用诱导脉冲组合信号形式，该组合信号由三种信号构成:诱导脉冲信号、真实脉冲信号和遮盖脉冲信号。其中诱导脉冲和真实信号脉冲有信号模块生成，而遮盖脉冲信号则生成于干扰模块。真实脉冲信号主要完成各项侦察任务，诱导脉冲则主要是充当假目标信号，目的就是对敌方侦察接收机形成干扰。遮盖脉冲信号的作用主要是对自身发射的真实脉冲信号进行压制和淹没，以此来增加敌方侦察接收机识别和分辨信号的难度，因此这该脉冲的脉宽要大于真实信号脉冲宽度，并且发射时间在真实脉冲信号发射之前。另外，雷达发射机在一个周期内可以发射多个不同频点的脉冲信号。

侯小林［7］等研究了诱导脉冲组合雷达波形组合原理以及使用诱导波形的代价。诱导脉冲组合波形是一种典型的射频掩护信号，诱导脉冲即为虚假射频掩护信号，其波形示意图如图5 所示。诱导脉冲的宽度τ满足τ≥300ns，只需要诱导IFM 接收机完成测频任务即可，否则诱导脉冲会占用雷达太多的资源。真实信号脉宽应在满足雷达探测能力的条件下尽可能地小，否则会造成IFM 接收机的二次捕捉和跟踪。随着数字采样技术的发展，目前国内IFM 接收机采样量化时间可达到300ns 左右，诱导脉冲脉宽需减小到300ns，诱导组合信号才能具有更强的载频隐蔽性。

图5 诱导组合雷达波形

3.3 同时到达信号

丁爽［6］等分析了同时达到信号对IFM 接收机的影响，提出发射雷达信号的同时用连续波雷达干扰IFM接收机的方法并在SystemVue软件平台上进行了仿真实验。这种方法的本质相当于设计了一种特殊情况的射频掩护信号，连续波信号是虚假掩护信号，发射的雷达信号即为真实的信号频率，与之前射频掩护信号不同的是，连续波信号需一直发射才能实现真实信号的载频隐蔽性。实验仿真结果表明，当连续波频率与真实雷达信号载频差别越大时，IFM 接收机测频结果误差也越大；当连续波信号的功率与真实雷达信号功率之比越小时，IFM接收机测频结果与真实信号的频率结果偏差也越小。这种方法的局限性在于，当对相同距离的目标进行探测时，连续波掩护信号需要一直发射，消耗总功率是原来雷达功率的两倍甚至更多，且当真实雷达脉冲信号未发射时，连续波掩护信号的频率及其他参数便会被准确侦测。

3.4 频率分集信号

频率分集（Frequency Diverse Array，FDA）主要是指在一个周期内，讲一个雷达信号分为发射时间和频率上互相错开的多个高频脉冲一同发射，这一概念提出后立即引起了各国科学家的高度重视［8］。频率分集技术有效地提升了雷达接收机的信杂比，提高了雷达的抗干扰性能和改善雷达的可靠性。频率分集雷达在对海警戒雷达和对空警戒雷达中应用广泛。

图6 FDA雷达侦察信号示意图

如图6 所示，假设频率分集阵列雷达在一个频率周期内发射M个频率差的相同的脉冲串，对于相干FDA 雷达，不同的天线单元之间发射的信号之间频率差比较小，所有信号包络几乎完全相同；对于相关FDA 雷达而言，不同天线之间的信号除了存在较小的频率差外，信号的包络也有不同之处［9］。不同信号之间满足相关性；正交FDA 雷达的不同天线之间雷达信号存在比较小的差异。雷达信号包络具有MIMO雷达的波形特性。

当敌方IFM 侦察接收机侦察到我方脉冲信号时，其截获的频率也只是众多脉冲中的一个，并不是原始要发射的真实信号的测频，由于没有相应的雷达信号处理方法，所以敌方并不能还原出我方的原始信号载频。当脉冲重复周期内多个脉冲串的载频差较大时，信号载频隐蔽性效果较好，即便分信号频率点被截获，也不影响整个信号的处理。

4 结语

当两个频率不同的复信号按照一定的相位关系叠加时将产生一个新的复合信号［10］。IFM 接收机的测频结果便是测得的合成信号的合成频率，而合成频率与每个信号的频率都会有一定的频率差，这就保证了分信号的载频隐蔽性。选定一个分信号为主信号，则其他信号为副信号，主信号与副信号可以根据需要切换。调节主信号与副信号的功率关系、相位关系、调制方式以及频率关系可以有效增加合成信号与主信号的频率差，提升雷达信号的载频隐蔽性能［11～12］。这种合成信号与射频掩护信号的区别是组成和信号的每个信号都是真实信号，没有虚假信号，避免了雷达发射功率的浪费，是未来雷达信号设计的主流方向。

单一的简单的雷达信号已经不能满足抗侦察与抗干扰的要求，组合信号具有非常大的潜力。组合信号在保留单个信号优点的同时，能弥补单个信号的不足，同时在载频隐蔽性方面具有不可估量的作用。载频隐蔽性雷达信号是我方其他雷达受到干扰后发射的的一种自我保护的信号，具有极其重要的战略意义。